Nanofotoniczne czipy o krok bliżej

Zintegrowane urządzenia fotoniczne mogą znacząco zwiększyć prędkość obliczeniową, zrewolucjonizować elektronikę użytkową i umożliwić opracowanie nieinwazyjnych narzędzi diagnostycznych do wczesnego wykrywania chorób. W ramach projektu RE-ACT (Novel active nanophotonic devices in rare-earth doped double tungstates) naukowcy przygotowali podstawy do wytwarzania wysoce zintegrowanych obwodów fotonicznych. Skoncentrowano się na wykorzystaniu niedrogich metod wytwarzania zgodnych z technologią metal-tlenek-półprzewodnik.

Aby zbudować urządzenia fotoniczne w skali nano o rozmiarach odpowiadających komponentom elektronicznym, naukowcy badali możliwości zastosowania plazmoniki. Jest to technika nanofotoniczna, która umożliwia kontrolę światła w skali nanometrowej. Zespół połączył plazmoniczne falowody z krystalicznym dwuwolframianem potasu (KREW) domieszkowanym jonami metali ziem rzadkich.

KREW to materiał krystaliczny zapewniający stabilne wzmocnienie przy różnych długościach fal. Badacze wykorzystali techniki heterogeniczne do integracji KREW z różnymi podłożami, takimi jak dwutlenek krzemu i krzem. Ich głównym celem było zbadanie zakrętów w falowodach KREW oraz ograniczenie strat propagacji w ostrych zakrętach dzięki efektom plazmoniki.

Dowiedli doświadczalnie, że wprowadzenie cienkiej, metalowej warstwy pod rdzeniem falowodu zmniejsza ogólne straty w zakrętach. Badanie może być wykorzystane do każdego falowodu o niskim kontraście współczynnika załamania.

Do innych zadań należało opracowanie czujników SERS (powierzchniowo wzmocniona spektroskopia ramanowska) zintegrowanych na optycznych falowodach. Czujniki mogą posłużyć do monitorowania toksyczności ścieków. Plazmoniczne nanocząsteczki i pasywne falowody do budowy czujników SERS mogą w przyszłości być wykorzystane do wykrywania zanieczyszczeń w wodzie pitnej.

Możliwość integracji na chipie nanoskalowych urządzeń fotonicznych o zwiększonej funkcjonalności, niemal nieograniczonej przepustowości i bardzo niskim zużyciu energii pozwoli na stworzenie nowych, niezwykłych rozwiązań.